本发明涉及涂料技术领域，具体为一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料及其制备方法。
背景技术：
目前绝大部分塑胶漆的喷涂都是采用底漆 面漆的二涂方式甚至是三涂的方式，由底漆满足色系需求，面漆提供性能需求。这种传统的油漆配比和施工工艺主要的不足是：1、油漆浪费大，不完全统计，传统的喷涂方法只有20％左右的油漆有效保留在被涂覆的工件上面，其余的都是在喷涂过程中飞溅到工件之外，即便是在工件上的漆，最终大部分都是溶剂挥发掉了，留下的有效部分仅有20％左右，造成极大的浪费。2、由于传统的喷涂方式的油漆大部分是有机溶剂，溶剂的挥发造成大量的挥发性有机化合物(vocs)排放，污染严重。因此，能够一次快速固化的水性漆越来越受到重视。
紫外光(uv)固化涂料是一种高效、节能、环保的新型涂料，传统uv涂料采用活性稀释剂调节流变，造成涂料具有强烈的刺激性气味，并对涂膜的物理性能产生不良影响。水性uv固化涂料基本不使用活性稀释剂，避免了由之引起的固化收缩，成为uv固化涂料发展的新方向。水性uv涂料具有以下优势：1、可自行调节涂料粘度，无需稀释单体，消除了传统涂料中的毒性和刺激性。2、可适当添加流变助剂降低涂料体系粘度，便于涂装工艺的进行。3、当涂布为塑料等材质时，可使用水作为稀释剂以提高涂料与涂布的粘附性。4、提高了涂料固化前的防尘、防刮伤能力，提高了涂料的光洁度。5、固化膜超薄。6、涂装设备易清洗。但是光固化也存在着不足的一面，例如：固化效果受型材和厚度的影响较大，带色体系固化效率低、深层涂膜和阴影区域难以固化、固化后附着力差等问题。因此如何使涂膜交联固化更为充分，从而拓展水性uv色漆在三维型材和厚漆涂膜中的应用具有重要的意义。
环氧丙烯酸酯树脂是目前应用广泛的一种水性uv固化树脂，其固化后的涂膜具有硬度高、光泽度好、耐腐蚀性能、耐热性好的优点，但是环氧丙烯酸酯树脂存在着粘度大，紫外光固化之后漆膜具有硬度高而柔韧性差、耐冲击性能差等缺点。因此需要寻求合适的改进方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料及其制备方法。通过使用特定的催化剂及阻聚剂，使得漆膜能够一次快速固化，并使涂膜交联固化更为充分；同时使用特定的亲水性活性单体，降低粘度、改善亲水性并改善漆膜的柔韧性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
所述的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份环氧树脂加热搅拌至50～100℃，然后加入5～70质量份丙烯酸，0.05～3质量份催化剂和0.05～2质量份阻聚剂，然后升温至80～150℃反应，得到环氧丙烯酸树脂。
进一步地，所述的环氧树脂是指双酚a型环氧树脂，优选为e-51或e-44双酚a型环氧树脂，或酚醛环氧树脂，优选为f-51或f-44酚醛环氧树脂。
进一步地，所述的催化剂是指季铵盐催化剂；特别优选地，本发明所使用的季铵盐催化剂是指丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将100质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加1～15质量份环氧丙基三甲基氯化铵，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
进一步地，所述的阻聚剂是指含n-亚硝基苯胲铝盐。该阻聚剂的加入可以防止丙烯酸的聚合，保留光固化的大量双键。
进一步地，所述亲水性活性单体是指甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、烯丙基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚或聚乙二醇二丙烯酸酯。上述亲水性活性单体可引入大量亲水性乙氧基团，显著改善涂料亲水性，并降低粘度并改善漆膜的柔韧性。特别优选地，本发明所使用的亲水性活性单体是指聚乙二醇二丙烯酸酯，该亲水性活性单体还可提供更多用于光固化的双键，并产生交联固化效果，显著提高光固化效率，显著提高漆膜的附着力及力学性能。
进一步地，所述水性光引发剂选自1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的至少一种。
进一步地，所述水性银浆是指二氧化硅包覆型铝银浆。
进一步地，所述水性色浆是指无树脂色浆。
进一步地，所述水性助剂是指有机硅流平剂、润湿剂、消泡剂中的至少一种。
上述水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、亲水性活性单体、水、水性光引发剂、水性银浆、水性色浆和水性助剂混合均匀后涂覆到基材表面，30～90℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯下照射固化成膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的环氧丙烯酸树脂采用特定的催化剂和阻聚剂，使得漆膜能够一次快速固化，并使涂膜交联固化更为充分；特别是本发明使用丙烯酸酯季铵盐作为催化剂，其作为环氧树脂与丙烯酸反应催化剂的同时，能够提供大量光反应的双键，显著提升后期光固化的效果。
(2)本发明使用的丙烯酸酯季铵盐作为环氧丙烯酸树脂合成的催化剂的同时，还可作为亲水性功能单体，可显著提升树脂的亲水性，并进一步提升水性涂料的稳定性。
(3)本发明的涂料使用特定的亲水性活性单体，可显著提升树脂的亲水性，提升水性涂料的稳定性，并可降低粘度和改善漆膜的柔韧性。特别是使用聚乙二醇二丙烯酸酯，该亲水性活性单体还可提供更多用于光固化的双键，并产生交联固化效果，显著提高光固化效率，显著提高漆膜的附着力及力学性能。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中漆膜的性能测试按如下测试方法或标准进行：
硬度按gb/t6739-2006测定；耐摩擦性能采用rca纸带磨耗测试；附着力按gb/t9286-1998测定；冲击强度按gb/t1732-1993测定；耐水性按gb/t1733-93测定；耐溶剂性采用乙醇擦拭测定；耐酸性按gb/t9274-1988测定；耐碱性按gb/t9274-1988测定。
产品稳定性测试：取未固化前水性涂料100g，溶于1l水中，常温下静置，分别于1个月，2个月观察水性涂料是否有分层现象。
实施例1
本实施例的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
本实施例的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份e-51环氧树脂加热搅拌至50℃，然后加入5质量份丙烯酸，0.05质量份丙烯酸酯季铵盐催化剂和0.05质量份阻聚剂n-亚硝基苯胲铝盐，然后升温至90℃反应8h，得到环氧丙烯酸树脂。
所述丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将90质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加1质量份环氧丙基三甲基氯化铵(预先用10质量份丙烯酸溶解)，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
本实施例的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、烯丙基聚氧乙烯醚、水、水性光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、二氧化硅包覆型铝银浆、无树脂色浆和有机硅消泡剂混合均匀后涂覆到基材表面，45℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯(600w)下照射(300s)固化成膜。
实施例2
本实施例的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
本实施例的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份e-44环氧树脂加热搅拌至90℃，然后加入70质量份丙烯酸，3质量份丙烯酸酯季铵盐催化剂和2质量份阻聚剂n-亚硝基苯胲铝盐，然后升温至150℃反应2h，得到环氧丙烯酸树脂。
所述丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将80质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加15质量份环氧丙基三甲基氯化铵(预先用20质量份丙烯酸溶解)，反应过程冰水浴降温以防止凝胶化。反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
本实施例的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、异戊烯醇聚氧乙烯醚、水、水性光引发剂2-羟基-2-甲基苯丙酮、二氧化硅包覆型铝银浆、无树脂色浆和有机硅消泡剂混合均匀后涂覆到基材表面，90℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯(600w)下照射(300s)固化成膜。
实施例3
本实施例的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
本实施例的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份f-51环氧树脂加热搅拌至70℃，然后加入20质量份丙烯酸，1质量份丙烯酸酯季铵盐催化剂和0.2质量份阻聚剂n-亚硝基苯胲铝盐，然后升温至100℃反应4h，得到环氧丙烯酸树脂。
所述丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将90质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加5质量份环氧丙基三甲基氯化铵(预先用10质量份丙烯酸溶解)，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
本实施例的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、烯丙基聚氧乙烯醚、水、水性光引发剂苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、二氧化硅包覆型铝银浆、无树脂色浆和有机硅消泡剂混合均匀后涂覆到基材表面，60℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯(600w)下照射(300s)固化成膜。
实施例4
本实施例的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
本实施例的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份f-44环氧树脂加热搅拌至70℃，然后加入20质量份丙烯酸，1质量份丙烯酸酯季铵盐催化剂和0.2质量份阻聚剂n-亚硝基苯胲铝盐，然后升温至100℃反应4h，得到环氧丙烯酸树脂。
所述丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将90质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加5质量份环氧丙基三甲基氯化铵(预先用10质量份丙烯酸溶解)，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
本实施例的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、烯丙基聚氧乙烯醚、水、水性光引发剂2-羟基-2-甲基苯丙酮、二氧化硅包覆型铝银浆、无树脂色浆和有机硅消泡剂混合均匀后涂覆到基材表面，60℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯(600w)下照射(300s)固化成膜。
实施例5
本实施例的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
本实施例的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份e-51环氧树脂加热搅拌至70℃，然后加入30质量份丙烯酸，1质量份丙烯酸酯季铵盐催化剂和0.2质量份阻聚剂n-亚硝基苯胲铝盐，然后升温至100℃反应4h，得到环氧丙烯酸树脂。
所述丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将90质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加5质量份环氧丙基三甲基氯化铵(预先用10质量份丙烯酸溶解)，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
本实施例的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、烯丙基聚氧乙烯醚、水、水性光引发剂2-羟基-2-甲基苯丙酮、二氧化硅包覆型铝银浆、无树脂色浆和有机硅消泡剂混合均匀后涂覆到基材表面，60℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯(600w)下照射(300s)固化成膜。
实施例6
本实施例的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，包括以下按质量份数计的组分：
本实施例的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份e-51环氧树脂加热搅拌至70℃，然后加入30质量份丙烯酸，1质量份丙烯酸酯季铵盐催化剂和0.2质量份阻聚剂n-亚硝基苯胲铝盐，然后升温至100℃反应4h，得到环氧丙烯酸树脂。
所述丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将90质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加5质量份环氧丙基三甲基氯化铵(预先用10质量份丙烯酸溶解)，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。丙烯酸酯季铵盐作为催化剂的使用量以环氧丙基三甲基氯化铵的质量计。
本实施例的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、聚乙二醇二丙烯酸酯、水、水性光引发剂2-羟基-2-甲基苯丙酮、二氧化硅包覆型铝银浆、无树脂色浆和有机硅消泡剂混合均匀后涂覆到基材表面，60℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯(600w)下照射(300s)固化成膜。
以上实施例中所得漆膜的性能测试结果如下表所示：
通过以上结果可以看出，本发明的水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料只需在紫外灯(600w)下照射(300s)一次固化成膜，即可达到复合要求的漆膜性能。特别是使用聚乙二醇二丙烯酸酯作为亲水性单体时，漆膜的耐冲击性得到了进一步的提升，说明漆膜强度得到了进一步改善。
以上实施例所得水性涂料进行稳定性测试，以常规乙二胺或四丁基溴化铵催化合成的环氧丙烯酸树脂所得水性涂料作为对比，结果显示乙二胺或四丁基溴化铵催化合成的环氧丙烯酸树脂所得水性涂料在1个月未出现分层现象，但在2个月出现分层现象。而本发明所得水性涂料在2个月均未出现分层现象。说明本发明使用的丙烯酸酯季铵盐作为亲水性功能单体，可显著提升树脂的亲水性，并进一步提升水性涂料的稳定性。
1.一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于包括以下按质量份数计的组分：
2.根据权利要求1所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于所述的环氧丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：将100质量份环氧树脂加热搅拌至50～100℃，然后加入5～70质量份丙烯酸，0.05～3质量份催化剂和0.05～2质量份阻聚剂，然后升温至80～150℃反应，得到环氧丙烯酸树脂。
3.根据权利要求1所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述的环氧树脂是指双酚a型环氧树脂或酚醛环氧树脂。
4.根据权利要求3所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述双酚a型环氧树脂是指e-51或e-44双酚a型环氧树脂；所述酚醛环氧树脂是指f-51或f-44酚醛环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述的催化剂是指季铵盐催化剂。
6.根据权利要求5所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述的季铵盐催化剂是指丙烯酸酯季铵盐，其通过如下方法制备得到：
将100质量份丙烯酸溶解于乙酸乙酯中，然后滴加1～15质量份环氧丙基三甲基氯化铵，反应完成后去除乙酸乙酯，得到丙烯酸酯季铵盐。
7.根据权利要求1所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述的阻聚剂是指含n-亚硝基苯胲铝盐。
8.根据权利要求1所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述亲水性活性单体是指甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、烯丙基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚或聚乙二醇二丙烯酸酯。
9.根据权利要求1所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述水性光引发剂选自1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的至少一种；所述水性银浆是指二氧化硅包覆型铝银浆；所述水性色浆是指无树脂色浆；所述水性助剂是指有机硅流平剂、润湿剂、消泡剂中的至少一种。
10.权利要求1～9任一项所述的一种水性一涂uv固化环氧丙烯酸酯涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将环氧丙烯酸树脂、亲水性活性单体、水、水性光引发剂、水性银浆、水性色浆和水性助剂混合均匀后涂覆到基材表面，30～90℃烘干，待水分挥发后，在紫外灯下照射固化成膜。
技术总结